《智能控制技术》课件 1.1控制理论的发展历程

1.1控制理论的发展历程章节目录12控制理论的发展历程自动控制系统目录3PLC概述4自动控制系统分析5自动控制系统的基本原理与应用6可编程控制器的使用在日常生活生产中，机器参与协作了人们的衣、食、住、行，自动控制系统渗透到人类社会的方方面面，对其正常运作起到了重要的影响。例如，汽车巡航控制系统能让汽车自动保持在一定的车速，汽车的制动防抱死系统能让汽车避开在湿滑路上打滑的危险，液位自动控制系统能保证疏水调节系统安全可靠地运行，伺服系统能使输出的机械位移或转角准确地跟踪输入电信号进行调节和控制部件。项目引入随着科学技术的发展，人们对生活环境的要求日益提升，声控灯、电冰箱、空调等自动控制系统提高了人们生活的舒适度和便捷度，很大程度改变了人们的生活方式和工作方式。在工业领域的生产过程中，很多时候各生产环节是环环相扣的，一旦其中一环出现差错将会影响整个生产线，自动化生产线、机床控制、计算机控制、机器人等自动控制系统能够很好地避免这个问题。项目引入能根据PLC的工作原理，完成输入信号的监测。能根据PLC的控制功能，完成三色灯或气缸动作的控制。能根据项目需求，完成触摸屏与PLC的连接建立。学习目标了解自动控制系统的基本知识。掌握自动控制系统的组成、分类与品质要求。了解PLC的基本结构与硬件组成。理解PLC的工作原理和常用编程语言。掌握自动控制系统的时域分析和频域分析。了解自动控制系统的工程分析方法。职业能力目标理解自动控制系统的工作原理、性能分析和系统调试。能根据项目要求，完成可编程控制器监测、控制和建立连接的功能。能通过控制理论发展历程的学习，提高爱国的品德素养。能通过项目实施的学习，提高学生的独立思考和动手操作能力。职业能力目标1.1控制理论的发展历程服务教育成就未来北京新大陆时代教育科技有限公司1.1.1自动控制理论阶段1.1.2现代可控制理论阶段1.1.3智能控制理论阶段1.1控制理论的发展历程控制理论的发展历程可分为三个阶段，先后分别为自动控制理论阶段、现代可控制理论阶段、智能控制理论阶段。1.1.1自动控制理论阶段自动控制理论阶段现代可控制理论阶段智能控制理论阶段最早出现的是自动控制理论。例如：我国两千多年前发明的指南车和北宋时期苏颂等制造的水运仪象台，都是自动控制理论在历史中的实际应用。1.1.1自动控制理论阶段指南车：是一种开环自动调节系统，应用了自动离合齿轮系统，相当于现代机械结构中的差动齿轮系统，被称为“人类历史上迈向控制论机器的第一步”。1.1.1自动控制理论阶段1.1.1自动控制理论阶段指南车如图为我国两千多年前发明的指南车。水运仪象台：是一个按负反馈原理构成的闭环非线性自动控制系统。1.1.1自动控制理论阶段1.1.1自动控制理论阶段水运仪象台如图为我国北宋时期苏颂等制造的水运仪象台。1788年，英国人瓦特在蒸汽机上使用了离心调速器，实现了蒸汽机的速度控制，引起人们对控制技术的重视。1.1.1自动控制理论阶段蒸汽机1868年，英国的麦克斯韦发表了论文《轮调速器》，首次指出必须从整个控制系统出发推导出微分方程，并讨论微分方程解的稳定性，从而分析实际控制系统是否会出现不稳定现象。《轮调速器》被公认为自动控制理论的开端。1.1.1自动控制理论阶段1877年和1895年，英国数学家劳斯和德国数学家赫尔维茨分别独立建立了直接根据代数方程的系数判别系统稳定性的准则，奠定了经典控制理论中时域分析法的基础。1.1.1自动控制理论阶段1932年，美国物理学家奈奎斯特运用复变函数理论建立了以频率特性为基础的稳定判据，奠定了频率响应法的基础。随后，伯德进一步将频率响应法加以发展，形成了经典控制理论的频域分析法，为工程技术人员提供了一个设计反馈控制系统的有效工具。1.1.1自动控制理论阶段1948年，美国科学家伊万斯创立了根轨迹分析方法，为分析系统性能随系统参数变化的规律性提供了有力工具，被广泛应用于反馈控制系统的分析、设计中。1.1.1自动控制理论阶段1954年，我国著名科学家钱学森将控制理论应用于工程实践，并出版了《工程控制论》，形成了相对完整的理论体系，为指导当时的控制工程实践发挥了极大作用。1.1.1自动控制理论阶段1.1.1自动控制理论阶段1.1.2现代可控制理论阶段1.1.3智能控制理论阶段1.1控制理论的发展历程自动控制理论的研究对象基本上是以线性定常系统为主的单输入单输出系统，无法解决一些复杂的控制问题，如:时变参数多变量强耦合……1.1.2现代可控制理论阶段20世纪60年代初，一套以状态方程作为描述系统的数学模型，且以最优控制和卡尔曼滤波为核心的控制系统分析、设计的新原理和方法基本确定。现代控制理论应运而生。1.1.2现代可控制理论阶段现代控制理论主要利用了计算机作为系统建模分析、设计乃至控制的手段，适用于多变量、非线性、时变系统。现代控制理论在航空、航天、制导与控制中创造了辉煌的成就，为人类在航空航天界创造诸多历史性伟大时刻提供了强有力的支持。1.1.2现代可控制理论阶段1.1.1自动控制理论阶段1.1.2现代可控制理论阶段1.1.3智能控制理论阶段1.1控制理论的发展历程现代控制理论在工业生产中，常常遇到各种问题，如：被控对象精准状态空间模型不易建立合适的最优性能指标难以构造所得的最优控制器过于复杂……1.1.3智能控制理论阶段为了应对上述问题，在20世纪80年代，科学家们陆续提出了诸多新的控制方法和理论，很大程度上为控制理论扩展了研究范围。这些控制方法和理论包括：自适应控制模糊控制神经网络控制鲁棒控制学习控制大系统/复杂系统控制1.1.3智能控制理论阶段随着控制方法和理论的日益完善、科学技术的不断更新与发展，智能控制理论应际而生。智能控制的主要目标是使控制系统具有学习和自适应能力，在工程技术领域有着广泛的应用，如机器人、机械手等。1.1.3智能控制理论阶段1.1.3智能控制理论阶段“蓉宝”如图为2023年成都大运会的颁奖礼仪机器人“蓉宝”。1.1.3智能控制理论阶段机械臂如图为工业上常见的机械臂。随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，仿佛为自动控制技术增添了一对翅膀。自动控制技术在越来越多的领域发挥了举足轻重的作用。控制理论将会一直前往更加纵深、更加广阔的领域发展，控制工程师将会为人类的诸多希望与梦想变为